坚硬致密弱研磨性地层孕镶金刚石钻头性能优化

基于金刚石钻头在坚硬致密弱研磨性地层钻进时易出现进尺效率低的现象,将SiC磨粒作为胎体耐磨损性弱化颗粒添加至胎体中,采用室内钻进及正交试验设计法从金刚石粒度、金刚石浓度、胎体耐磨损性弱化颗粒浓度、胎体硬度4方面对钻头性能进行优化,并探讨了钻进工艺参数对钻进效率的影响。结果表明:将适当材质的胎体耐磨损性弱化颗粒添加至钻头胎体中,能够有效提高钻头的钻进效率,避免钻头打滑的现象;胎体硬度HRC 25,金刚石粒度40/50目、金刚石体积分数55%,胎体弱化颗粒体积分数30%是本次试验最优的设计方案;在相同主轴转速条件下,轴向压力不宜超过3.5 MPa,在相同轴向压力的条件下,其主轴转速以750~850 r/min为宜。      

在孕镶式钻头中增大金刚石与胎体金属粘结力问题的研究

金刚石钻头的寿命是评价钻头质量重要参数之一，而金刚石在胎体上的固结的牢度又是影响钻头寿命重要因素。目前通过人工合成金刚石的工艺水平的提高已有可能制造出接近于天然金刚石质量的单晶，因而进一步研究金刚石在胎体中的固结方式是提高钻头质量的重要途径。从目前制造孕镶金刚石钻头的方法来看基本上是两大类，一种是超室温条件下的烧结，另一种是室温条件下的利用电化学方法。超室温条件下的金刚石孕镶钻头制造工艺目前最普遍的方法是热压法，这种方法的特点是粘结金属在     

关于孕镶钻头金刚石浓度、粒度优化设计的探讨

孕镶金刚石钻头结构参数主要包括胎体性能,金刚石品级、粒度、形状、浓度,钻头水路等方面,这些参数对于钻头钻进岩石的适应性均起着一定的作用.对于不同的地质条件,这些参数应有所选择.本文就孕镶钻头金刚石浓度、粒度的优化设计提出一些看法. 金刚石浓度的设计孕镶金刚石钻头在孔底工作时,在轴向压力作用下,钻头与岩石表面相接触,岩石研磨钻头胎体,金刚石逐渐出露.由于金刚石硬度远远超过岩石的硬度,出露的金刚石在轴向压力下,使     

化学气相沉淀法合成单晶金刚石膜实验探索

采用微波等离子体化学气相沉淀法合成了单晶金刚石膜,探索了化学气相沉淀法（CVD）单晶金刚石膜的生长机理。实验仪器采用石英管式微波等离子体化学气相沉积装置,种晶为3颗IaAB型天然金刚石原石,生长面近平行于（111）和（110）方向,生长温度为800℃,压力约为6kPa,时间约为8h。使用宝石显微镜和环境扫描电子显微镜观察分析了CVD单晶金刚石膜的生长表面形貌。结果表明,在生长面上可见明显的生长层,生长晶体无色透明,CVD单晶金刚石膜在生长面上横向外延生长,并形成定向的台阶状表面——“阶梯流”。在相同的条件下,（111）方向上生长的CVD单晶金刚石膜比（110）方向上的更有序。H2浓度的大小对CVD单晶金刚石膜的质量有影响。     

人造金刚石的强度是怎样测算的

金刚石的抗压强度抗压强度,是衡量金刚石质量好坏的常用标准。所谓金刚石的抗压强度也就是单颗金刚石每平方厘米面积上能承受多少公斤的压力。单位面积上所承受的压力越大,强度就越高,说明金刚石质量就越好。目前我们根据金刚石强度的高低,把人造金刚石分为两大类:强度在12000公斤/厘米~2以上的,为高强度,或叫钻头级人造金刚石;强度低于12000公斤/厘米~2为磨料级人造金刚石。前者常用于制造岩心钻头,后者则用来做砂轮和聚晶体。     

提高金刚石包镶能力的措施

对于烧结金刚石工具，一般采用温度不超过900℃，时间为5分钟之内，且在非真空条件下的烧结工艺下，因而要想实现以液相为前题的胎体对金刚石的良好润湿是不大可能的。加入强碳化物元素来实现胎体与金刚石的化学键接也是不现实的，本文提出采用金刚石的表面化技术可望是实现胎体对金刚石的化学“包镶”的有效途径。     

山东蒙阴金刚石的晶体形态和晶面特征

为探讨山东蒙阴金刚石的形成条件,研究了胜利Ⅰ号金伯利岩筒的金刚石晶面及晶形特征,结果认为金刚石的形成温度范围为１０００～１６００℃,压力范围为４０×１０８Ｐａ～５０×１０８Ｐａ。     

金刚石钻头烧结设备数控自动控制系统改造

传统的金刚石钻头烧结热压机系统在热压烧结金刚石钻头过程中,温度不能准确测量,压力为手动操作精度差,温度不能随时间有效控制,单凭经验操作,产品质量不稳定,很难生产出高质量的金刚石产品。采用数字化控制的感应加热设备后,温度控制稳定,压力精度高。     

叶腊石性质对金刚石合成技术的影响

叶腊石是在自然条件下形成的一种硅酸盐矿物,它在超高温高压技术的研究中常用作高压腔的介质,能较好地解决压力传递,固体高压密封,试样支承,隔热,电绝缘等问题,因而在金刚石高压合成中被广泛采用。在天然块叶腊石的形成过程中,由于其变质程度杂质成分和矿物理化性质不同,以及它在高压高温下发生的一系列矿物相变,导致其传压性能的不稳定和多变性。所以,研究叶腊石的性质与金刚石合成技术之间的关系,对于合成优质金刚石,具有重要意义。本文介绍有关试验研究情况。     

金刚石焊接机理的实验研究

分析了目前国内金刚石制品中金刚石在胎体中的存在形式，金刚石的焊接机机理和改善金刚石表面性质的方法，研究了采用金属添加剂使金刚石表面形成金属碳化物界面层的工艺方法。通过生产工艺试验，实现了在常规制造工艺条件焉，金刚石与胎体金属的焊接，从而提高了制品的性能，生产效率，使用寿命，降低了产品成本。     

关于打滑地层金刚石钻进的若干问题

一、问题的提出我国金刚石钻进是从六十年代初开始的，由全国几台钻机发展到目前地质系统就开动500台以上；由用天然表镶钻头发展到目前大量采用天然和人造金刚石孕镶钻头。各地在开始采用金刚石钻进时，一般都选择条件比较好的地层，以便取得经验，进而推广。以往研究成功的63~#钻头胎体配方在大部分中硬一硬地层中能够适应并获得优良效果，因而在全国普遍采用，但随着金刚石钻进的发展，遇到地层类型越来越多、条件越来越复杂，较单一的胎体配方和少数的钻头品种已远远不适应金刚石钻进发展要求。要打开金刚石钻进的新局面，就必须解决“拦路     

GEOSET金刚石聚晶体钻头

美国通用电气公司特殊材料部最近研制成功一种金刚石聚晶体,是用小颗粒金刚石在高温高压条件下使金刚石晶体之间相互牢固地粘结在一起制成的.这种金刚石聚晶体称为GEOSET,可以烧结成各种形状.目前用于镶制取芯钻头的是一种2102型GEOSET金刚石聚晶体,其形状如图1所示,是等边三角形块,三角形每边长4毫米,厚2.6毫米.每颗重约0.3克拉.据初步试验证明,这种金刚石聚晶体具有如下一些优点: 1.热稳定性好,可承受1200℃的高温而不裂解.因此,可以采用现有的烧结方法来制做钻头,并可采用传统的方法进行回收.     

超高压变质带金刚石研究进展

金刚石在自然界中非常稀缺,是极其珍贵的矿产资源。其中,变质成因的金刚石陆续在世界范围内多个超高压变质带被发现,更新了人们对超高压变质作用和板块构造运动的认识,推动了超高压变质带动力学的研究,引起了学术界的广泛关注。然而,对于变质成因金刚石的形成机制,还未形成一致的认识。本文在综述前人研究成果的基础上,介绍了金刚石形成的大地构造背景,研究了其形成所需的地质环境和物理化学条件,并着重对超高压变质带金刚石成因机制进行了探讨,全面分析了温压条件、XCO2、fO2对变质成因金刚石形成的影响。对比发现,当变质作用的峰期压力达到金刚石稳定域且具有较高的温度时(压力>3 GPa,温度为600~1000℃),有利于金刚石的形成,C-O-H流体中的较高CO2含量和较低氧逸度也是超高压变质带金刚石形成的必需因素。另外,金刚石形成后折返早期的降温作用有利于其保存。     

Ⅰa型褐色金刚石高温高压改色研究进展

Ⅰa型金刚石是世界上最重要的金刚石种类,约占金刚石总量的98%。利用大腔体压机通过优化温度、压力和时间等因素改善工业用途的Ⅰa型褐色金刚石的体色,是提高其经济价值并满足日益加剧的彩色金刚石市场需求的重要技术手段。但由于受金刚石原料的来源及实验技术条件的限制导致国内高温高压环境下对褐色金刚石的改色处理进展缓慢,并且改色后的金刚石很难达到宝石级别。本文对自20世纪60年代以来国内外对Ⅰa型金刚石高温高压(HTHP)改色处理的研究及所取得的成果进行了总结。已有的研究显示,在伴有塑性变形的基础上,不同结构的杂质氮是主要的致色元素。根据高温高压环境下Ⅰa型褐色金刚石内部杂质氮反应原理以及动力学机理,提出只要设计合理的样品组装方式以及恰当的改色处理所需的温压条件,我国普遍使用的六面顶压机同样具备对Ⅰa型褐色金刚石进行商业化改色处理的潜力。     

静压催化法石墨－金刚石相变研究

实验证明了在高温高压有金属催化剂参与条件下，石墨到金刚石相变过程的中间相是类球状再结晶石墨。研究了类球状再结晶石墨的形成与温度压力的关系。     

金刚石表面沉积二氧化钛薄膜研究

用均一沉淀法在金刚石表面沉积二氧化钛 ,探讨了沉积工艺条件。覆层在高温和真空条件下被还原为单质金属钛 ,X射线衍射分析表明金刚石表面有钛和碳化钛生成。     

人造金刚石钻探技术:(7)钻机和水泵

人造金刚石钻探用的钻机和一般岩心钻机的结构原理基本上是一样的,都是由三大系统所组成:即传给钻具回转力矩的回转系统,调节轴心压力的给进系统和升降钻具的升降系统.但是,由于人造金刚石钻头在钻进工艺上与钢粒或硬质合金钻进有很大的不同,所以,对钻机的性能也有不同的要求.1.人造金刚石钻进工艺对钻机的要求首先是高转速.实战证明,用人造金刚石钻头钻进时,转速愈高,效率愈高.这是因为目前使用的人造金刚石颗粒细小,在钻头上的出刃很有限,钻进时吃入岩石的深度就更小了,所以只有高转速才能充分发挥其破碎岩石的效能.在现有技术条件下,正常钻进转速可达1000～1500转/分左右.     

金刚石压腔（DAC）技术及其在地球科学中的应用

近几十年来金刚石压腔（DAC）技术被广泛应用于高温高压实验研究领域,它可以达到550 GPa的压力和6 000 K的温度。与其他静高压实验技术（大压力机、高压釜等）相比,金刚石压腔具有独特的优势,它不仅可以进行极端温压条件下物质的结构性质、相变及状态方程等研究,而且可以原位观测整个实验过程。文中简述了金刚石压腔装置的结构及温压测量方法,然后分别从物质相变、矿物溶解度、流体性质和组成、油气成因、稳定同位素分馏系数和布里渊声学测量等方面简要介绍了金刚石压腔技术在地球科学中的研究进展。随着实验技术的不断发展和更新,金刚石压腔技术将具有更广阔的应用前景。     

金刚石钻头可再生水口的试验

从仿生学的角度,依据脱皮动物的脱皮特性,设计一种可再生水口,用于增加金刚石钻头工作层的高度,进而延长钻头寿命。在可再生水口的加工方法上,首先利用冷压法把含有金刚石的胎体粉料冷压成型,然后组装在模具中,在特定的温度和压力下进行热压烧结,成功获得了具有可再生水口的小口径金刚石钻头;并在此基础上加工了Φ59  mm钻头,模拟野外条件进行室内试验。结果表明：选用特定的水口材料,可以成功实现水口的可再生,为长寿命金刚石取心钻头的研制提供了一种新的思路。     

高温高压下石膏脱水相变的原位拉曼光谱研究

本文运用激光拉曼光谱仪,利用水热金刚石压腔装置对高温高压条件下石膏-水体系中的石膏脱水相变进行拉曼光谱研究。在压力0.1MPa～837.9MPa 和温度16～200℃条件下通过系列实验对相变的过程进行了原位光谱分析。与人们已知的无水条件下石膏分两步脱水的过程不同,高压下石膏在饱和水环境下倾向于一次性的脱去所有结晶水而形成无水石膏,实验中没有观察到半水石膏的出现。通过实验数据得到石膏和无水石膏的转折温度和平衡压力间的关系式为 P_(MPa)=19.56·T_(℃)-2926.5。